JP2013004756A - Element mounting substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED等の素子を実装する基板に関するものであり、特に、バンプの接続性又はワイヤーのボンディング性を良好な状態で保ちながら、放熱性を向上した素子実装用基板に関する。 The present invention relates to a substrate on which an element such as an LED is mounted, and more particularly, to an element mounting substrate with improved heat dissipation while maintaining good bump connectivity or wire bonding.
従来、この種の実装用基板としては、図4に示すように、チップ部品5を良好に実装するため、基板1の表面に銅メッキ層2、ニッケルメッキ層3、金メッキ層4が積層されて設けられていた。銅メッキ層2は、基板1の表面に設けられる線路として形成されており、ニッケルメッキ層3と金メッキ層4は、銅メッキ層2上のトランジスタチップ等のチップ部品5を実装する領域全体に形成されていた(例えば、特許文献1、図2参照)。上記従来の実装用基板では、実装領域以外をレジスト膜6で覆うことで、実装領域全体にニッケルメッキ層3と金メッキ層4を形成していた。
Conventionally, as this type of mounting substrate, as shown in FIG. 4, a
上記従来の実装用基板におけるチップ部品5は、ニッケルメッキ層3と金メッキ層4が設けられた実装領域内に実装されていた。このため、チップ部品5が発する熱は、金メッキ層4からニッケルメッキ層3に伝わることになるが、ニッケルの熱伝導率が金や銅に比べて非常に低いため、金メッキ層4からニッケルメッキ層3には熱が殆んど伝わらない。しかも、この従来技術では、金メッキ層4を設ける部分が限られて面積が小さくなり、熱の移動をより困難にしていた。このように従来の実装用基板では、放熱性が悪いという問題があった。
The
近年、上記のように実装される素子には、大電流を流すことが多く、例えば、LED素子の場合、照明用として使用するときにより明るく発光させるため、以前よりも大きい電流を流している。このように素子に大電流を流すと、素子の発熱量が増し、効率良く放熱しないと素子の能力低下や損傷を招くことになる。従って、良好な実装を行うと同時に、実装部周辺の放熱性を向上させることが必要であった。 In recent years, a large current is often passed through the elements mounted as described above. For example, in the case of an LED element, a larger current is passed than before in order to emit light brighter when used for illumination. If a large current is passed through the element in this way, the amount of heat generated by the element increases, and if the heat is not efficiently dissipated, the capacity of the element will be reduced or damaged. Accordingly, it is necessary to improve the heat dissipation around the mounting portion while performing good mounting.
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点を解決し、実装による接続性を良好な状態に保ちながら、放熱性を改善した素子実装用基板を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a device mounting board with improved heat dissipation while maintaining good connectivity by mounting.
本発明の素子実装用基板は、基板と、該基板の素子実装面上に形成された配線パターンとを有し、その配線パターンにおける素子に接続するバンプ又はワイヤーの実装ポイントにのみ硬度が高い硬質金属層を配置したものである。実装ポイントにのみ硬質金属層を設けることで、実装ポイントにおける半田バリアあるいは実装時の超音波の伝わりを良好にしている。 The element mounting substrate of the present invention has a substrate and a wiring pattern formed on the element mounting surface of the substrate, and has a high hardness only at a mounting point of a bump or wire connected to the element in the wiring pattern. A metal layer is arranged. By providing the hard metal layer only at the mounting point, the solder barrier at the mounting point or the transmission of ultrasonic waves at the time of mounting is improved.
配線パターンは、基板の素子実装面上に形成された高い熱伝導率を有する下地金属層と、その上に形成された硬質金属層と、下地金属層及び硬質金属層の上に形成された高い熱伝導率を有する表面金属層とから構成されている。また、この下地金属層及び硬質金属層はそれぞれ銅とニッケルからなり、表面金属層は金又は銀からなる。 The wiring pattern includes a base metal layer having high thermal conductivity formed on the element mounting surface of the substrate, a hard metal layer formed thereon, and a high metal layer formed on the base metal layer and the hard metal layer. And a surface metal layer having thermal conductivity. The base metal layer and the hard metal layer are made of copper and nickel, respectively, and the surface metal layer is made of gold or silver.
本発明の素子実装用基板では、基板上の配線パターンにおけるバンプ又はワイヤーの実装ポイントにのみ硬度が高いニッケルからなる硬質金属層を設けている。これにより、配線パターンは実装ポイントを除くほぼ全域が熱伝導率の高い銅や金等からなる下地金属層と表面金属層で構成され、この配線パターン上に実装された素子が発する熱を表面金属層から下地金属層へ広く直接伝えて放熱することができる。 In the element mounting substrate of the present invention, a hard metal layer made of nickel having high hardness is provided only at a bump or wire mounting point in a wiring pattern on the substrate. As a result, the wiring pattern is almost composed of a base metal layer and surface metal layer made of copper, gold, etc. with high thermal conductivity, except for the mounting point, and the heat generated by the elements mounted on this wiring pattern is generated by the surface metal. It is possible to dissipate heat by directly transmitting from the layer to the underlying metal layer.
また、素子に接続するバンプ又はワイヤーの実装ポイントには、硬度が高い硬質金属層を設けているので、柔らかい金あるいは銅等からなる表面金属層と下地金属層に比べて超音波の伝わりが良い。これにより、超音波を用いたボンディングによる実装がし易く、実装による接続性を良好に保つことができる。 Also, since the hard metal layer with high hardness is provided at the mounting point of the bump or wire connected to the element, the ultrasonic wave is better transmitted than the surface metal layer made of soft gold or copper and the base metal layer. . Thereby, it is easy to mount by bonding using ultrasonic waves, and the connectivity by mounting can be kept good.
また、素子のバンプとして金バンプだけでなく半田バンプを用いた場合であっても、硬質金属層が半田バリアとなって、表面金属層や下地金属層としての金や銅が半田に大量に溶け込む金食われや銅食われの発生を防ぐことができる。 Even when not only gold bumps but also solder bumps are used as element bumps, the hard metal layer serves as a solder barrier, and gold and copper as the surface metal layer and the base metal layer dissolve in a large amount in the solder. It is possible to prevent the occurrence of gold and copper erosion.
図1は本発明の一実施例に係る素子実装用基板の断面図である。この実施例に係る素子実装用基板10は、基板11と、その基板11上に設けられた配線パターン12とを有している。基板11は、アルミニウム、アルミナ等を主成分とするセラミック、有機材料等からなる。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an element mounting board according to an embodiment of the present invention. The
配線パターン12は、基板11上に実装される素子16をマザーボード(図示せず)等に設けられた回路や電源に接続するものであり、素子16を実装する素子実装面11a上に設けられている。この配線パターン12は、下地金属層13と、硬質金属層14と、表面金属層15とから構成されている。
The
下地金属層13は、例えば銅からなり、基板11の素子実装面11a上に形成されている。硬質金属層14は、例えばニッケルからなり、下地金属層13の上で且つ素子16を固着接続するバンプ17が表面金属層15に接触接合される実装ポイントPに形成されている。表面金属層15は、例えば金又は銀からなり、下地金属層13に沿って下地金属層13及び硬質金属層14を覆うように形成されている。
The
実装ポイントPは、バンプ17が配線パターン12に接触接合される地点であり、実装する際に球状、凸状等をなすバンプ17のほぼ直径に相当する。従って、配線パターン12における硬質金属層14は、バンプ17の直径と同じかあるいは直径よりやや大きい円形あるいは矩形をなすように形成される。バンプ17は、金、半田等からなり、10〜100μmの高さ(直径)を有するため、硬質金属層14はこのバンプ17に対応する大きさに形成される。
The mounting point P is a point where the
上記素子実装用基板10にLED等の素子16を実装すると、バンプ17が接合される実装ポイントPには、表面金属層15の下に硬質金属層14が配置されている。これにより、実装ポイントPに超音波を印加すると、ニッケルからなる硬質金属層14によって超音波が確実に実装ポイントPに受け止められ、バンプ17が接合される。
When the
また、バンプ17として半田バンプを用いた場合、実装時に金又は銀からなる表面金属層15の一部がバンプ17に取り込まれても、硬質金属層14が半田バリアとなって周辺の表面金属層15や銅からなる下地金属層13が取り込まれる金食われあるいは銅食われを防ぐことができる。
When a solder bump is used as the
上記のように基板11の配線パターン12上に素子16が実装されると、その素子16が発する熱は、配線パターン12の表面金属層15からその表面金属層15に広く直接接触している下地金属層13へと直ぐに伝導する。このときに硬質金属層14は、バンプ17の実装ポイントPにのみ形成されているため、表面金属層15から下地金属層13への熱の移動を妨げることがない。
When the
本実施例においては、表面金属層15が金(熱伝導率317W/(m・k))、硬質金属層14がニッケル(熱伝導率90.7W/(m・k))、下地金属層13が銅(熱伝導率401W/(m・k))であるため、熱伝導率が低い硬質金属層14があっても、熱伝導率が高い表面金属層15から下地金属層13へ素子16で発生した熱が容易に伝わり、極めて放熱性に優れた構造となる。
In this embodiment, the
なお、アルミニウム(熱伝導率237W/(m・k))を主成分とする基板11の場合には、素子16から下地金属層13に移動された熱を更に移動して放熱することが可能であるがアルミナ(熱伝導率20〜30W/(m・k))を主成分とする基板11の場合には、熱の移動が期待できないため、配線パターン12による熱の移動と放熱が極めて重要となる。従って、本実施例の素子実装用基板10のように、配線パターン12による熱の移動が優れているものでは、基板11の材質にかかわらず放熱性を向上させることが可能である。
In the case of the
図2は図1に示す素子実装用基板10をワイヤーボンディングに対応するように変更した変形例を示す断面図であり、図3はその拡大断面図である。図2及び図3に示す素子実装用基板20は、基本的な構成、即ち基板11、下地金属層13、硬質金属層14及び表面金属層15の材質及びそれらを設けることに関しては図1に示した素子実装用基板10と同様である。したがって、同様の構成には同一の符号を付すことによって、詳細な説明を省略する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a modification in which the
この変形例において、素子実装用基板20における硬質金属層14は、素子26をワイヤーボンディングする金線等からなるワイヤー27を接合する実装ポイントPのみに設けられている。このため、配線パターン12における素子26をダイボンディングする部分は、下地金属層13と表面金属層15だけが積層された構造となっている。
In this modification, the
この素子実装用基板20における硬質金属層14は、図3に示すように、ワイヤー27がボンディングされる実装ポイントPに対応する大きさ及び形状に形成されている。このワイヤー27は、10〜30μmの線径を有する金線を素子26の電極に接合した後、キャピラリ(図示せず)で延伸すると共にキャピラリ先端で加圧し且つ超音波を印加することで配線パターン12に接合される。このため、ワイヤー27の実装ポイントPは、ワイヤー27が接合するときに潰れて線径よりもわずかに大きくなる。これに対応して、硬質金属層14は、ワイヤー27の線径よりわずかに大きい円形、矩形等に形成され、これにより実装ポイントPをカバーするように設定されている。このように硬質金属層14を形成することで、実装時の超音波の伝導を良くすることができる。
As shown in FIG. 3, the
また、この素子実装用基板20では、配線パターン12における素子26がダイボンディングされる部分に熱伝導率が低い硬質金属層14がないので、素子26が発する熱を熱伝導率が高い表面金属層15から同じく熱伝導率が高い下地金属層13へ直ぐに伝導させて放熱することができる。
Further, in this
1,11 基板
2 銅メッキ層
3 ニッケルメッキ層
4 金メッキ層
5 チップ部品
6 レジスト膜
10,20 素子実装用基板
11a 素子実装面
12 配線パターン
13 下地金属層
14 硬質金属層
15 表面金属層
16,26 素子
17 バンプ
27 ワイヤー
P 実装ポイント
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該基板の素子実装面上に形成された配線パターンとを有し、
前記配線パターンにおける素子に接続するバンプ又はワイヤーの実装ポイントにのみ硬度が高い硬質金属層を配置したことを特徴とする素子実装用基板。 A substrate,
A wiring pattern formed on the element mounting surface of the substrate;
A device mounting board, wherein a hard metal layer having a high hardness is disposed only at a mounting point of a bump or wire connected to the device in the wiring pattern.
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